Rymden
Röntgenlaser avslöjar ny insikt i varm tät materia
Lägg till Securities.io bland dina föredragna källor på Google
En ny studie som beskriver användningen av röntgenlaser för att studera varm tät materia (WDM) har många i sektorn entusiastiska. Forskarna använde den europeiska XFEL för att genomföra en serie experiment kring det gåtfulla materietillståndet. Här är vad de upptäckte.
Varm tät materia (WDM) tillstånd
Termen “Warm Dense Matter” beskriver en särskild form av materia som inte direkt passar in i nuvarande fysikkategorier. Varm tät materia ses av många som en avgörande byggsten i universum och att förstå den skulle möjliggöra djupare insikt i existensens historia. Noterbart är att existensen av detta materietillstånd först erkändes för två decennier sedan.
Varm tät materia är rikligt förekommande i universum. Detta unika tillstånd kan hittas på gasjättar som Jupiter och även i centrum av bruna dvärgstjärnor. Det unika med WDM är att det är ett tillstånd mellan plasma och ett kondenserat stadium. Därför är det extremt svårt att återskapa och spelar en viktig roll inom astrofysik, planetvetenskap och kärnklyvning.
Den ursprungliga förståelsen av WDM var bred. Den grupperade flera fenomen med temperaturer från några tusen grader till hög densitet. Under de senaste fem åren har definitionen utökats för att inkludera himlakroppar med en densitet mellan 0,01 och 100 g/cm³ och en temperatur som överstiger flera tusen kelvin (1‑100 eV).
Aktuella metoder för övervakning och skapande av WDM
Optisk utrustning har tidigare använts för att observera det varma täta materietillståndet. Denna metod var dock begränsad av utrustningens kapacitet. Specifikt kunde enheten inte registrera och exakt övervaka energinivåerna vid topp.
En annan metod som för närvarande används är röntgenemissionsspektroskopi. Denna metod uppfanns för 12 år sedan som ett elektronfritt alternativ. I denna studie använder forskarna röntgenfri-elektronlaser (XFEL) för att generera högintensiva röntgenpulser som varar en enda femtosekund. Noterbart skickar en femtosekundlaser pulser som sträcker sig över miljontals av en miljarddel av en sekund.
Introduktionen av pålitliga XFEL-laser möjliggjorde för forskarna att fördjupa sina studier av WDM-tillståndet. Specifikt undersökte de den övergående förändringen och de optiska egenskaperna hos materia som utsattes för laser‑röntgenbestrålning. Dessa studier har öppnat dörren för nya typer av röntgenfri-elektronlaser. För denna studie utnyttjade forskarna förmågan att mäta förändringar på atomära längdskalor för att noggrant dokumentera omvandlingen av fast materia till WDM-tillstånd med den europeiska XFEL i Hamburg.
Europeisk XFEL-laser
Den europeiska XFEL-laser är en av endast ett dussin XFEL-anläggningar i drift globalt. Denna avancerade enhet byggdes i samarbete med forskningscentret DESY. Den har ett 2,1 mils långt testområde som möjliggör för forskare att övervaka den elektroniska och joniska strukturen hos materia när den omvandlas.
Studie av varm tät materia
Hittills har det inte gjorts många studier om hur dessa nya systemens bestrålning kan förändra materietillstånd på ett registrerbart och spårbart sätt. Därför försökte forskarna detaljera hur användningen av ultrarapida röntgenfri-elektronlaserpulser kan omvandla koppar till varm tät materia. Specifikt beskriver teamet användningen av L-kant röntgenabsorptionsspektroskopi över ett stort intensitetsintervall för att omvandla tillstånd.
Varm tät materia‑test
Laserpulserna konfigurerades för att pulsera och bestråla upplysta kopparprover i 15 femtosekunder. Forskarna upprepade processen vid olika intensiteter för att se effekten och hur varje justering påverkade omvandlingshastigheten. De observerade att röntgenlaserpulsen skapade stark jonisering.
Denna jonisering ledde till att elektroner expanderade materian när temperaturerna steg. Inom sekunder hade materian omvandlats till joniserad WDM. Därefter blev den transparent för röntgenstrålar. Denna övergång från mättbar absorption (SA) till omvänd mättbar absorption (RSA) väckte forskarnas intresse.
Kombinering av experimentdata med simuleringar
Testprocessen utfördes med spektroskopi- och koherent spridningsinstrumentet (SCS) vid den europeiska XFEL (EuXFEL). Denna plats erbjöd den perfekta miljön för forskare att genomföra experiment och noggrant registrera resultaten. De undersökte exakt hur mycket strålning som passerade genom materian samt dess joniseringsförändringar.
Källa – Nature
